Verschiedene durchlässige Elemente, die in Organismen von Prokaryoten und Eukaryoten gefunden werden

Verschiedene durchlässige Elemente in Prokaryoten und Eukaryoten-Organismen!

In Prokaryoten liegt das gesamte genetische Material einer Zelle in einem einzigen kreisförmigen Chromosom vor. In Eukaryoten ist es jedoch in mehrere lineare Chromosomen aufgeteilt. Außerdem können Bakterien eine oder mehrere Arten von kleinen kreisförmigen Entitäten des genetischen Materials enthalten, die als Plasmide bezeichnet werden. Diese Elemente sind für das Überleben von Bakterien unter normalen Bedingungen nicht wesentlich, aber in bestimmten Umgebungen verleihen sie den Zellen, in denen sie sich befinden, einen hohen selektiven Wert.

Eine andere Art von genetischen Elementen, die als transponierbare Elemente bezeichnet werden, findet sich sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten. Diese und verschiedene andere Aspekte, einschließlich des C-Wert-Paradoxons in Eukaryoten, werden in den folgenden Abschnitten kurz betrachtet.

Das C-Wert-Paradoxon:

Der C-Wert ist die Menge an DNA, die im haploiden Genom eines Organismus vorhanden ist, und ist ein charakteristischer Wert für jede lebende Spezies, die üblicherweise in Basenpaaren (bp) dargestellt wird. Im Allgemeinen steigt der C-Wert mit zunehmender Komplexität von Organismen.

Zum Beispiel haben einzellige Eukaryoten wie Hefe nur fünfmal so viel DNA wie das Bakterium E. coli, während die ersten wirklich mehrzelligen Organismen wie der Nematode C. elegans mehr als das 100-fache des E. coli-DNA-Gehalts aufweisen. Ein genauerer Blick auf die C-Werte innerhalb und zwischen den verschiedenen Phyla offenbart jedoch die folgenden zwei rätselhaften Merkmale, die zusammen das Paradox für C-Werte bilden.

1. In einigen Fällen ist es unwahrscheinlich, dass die auffälligen Änderungen der Werte mit der Komplexität der betroffenen Organismen zusammenhängen. In Amphibien beispielsweise liegen die kleinsten Genome knapp unter 10 ⁹ Bp, während die größten fast 10 ¹¹ Bp betragen.

In ähnlicher Weise sind einige nahe verwandte Arten, z. B. in Amphibien, morphologisch sehr ähnlich, ihre DNA-Gehalte variieren jedoch um einen Faktor 10. Daher ist es schwierig, solche Änderungen der Genomgröße nur aufgrund einer Zunahme der Genanzahl zu berücksichtigen.

Tabelle: Die minimale Genomgröße (C-Wert) einiger verschiedener Organismengruppen.

2. In Eukaryoten ist die Gesamtmenge an DNA im Genom sehr groß im Vergleich zu der angenommenen Menge, die zum Kodieren von Proteinen benötigt würde. Zum Beispiel würde das Säugetiergenom ungefähr 300.000 Gene mit jeweils 10.000 bp enthalten, wenn die gesamte DNA aus proteinkodierenden Genen bestehen würde. Nach einer Schätzung könnte das Säugetiergenom nur 30.000 bis 40.000 Genfunktionen enthalten.

Es ist somit klar, dass nicht die gesamte DNA in Eukaryoten mit der Kodierung von Proteinen befasst ist. Diese anomale Situation wurde von einigen Arbeitern als Paradox für C-Werte beschrieben.

Plasmide und Episome:

Bakterienzellen sind insofern haploid, als sie nur einen Typ von Bakterienchromosom aufweisen, der normalerweise in zwei bis mehreren Kopien pro Zelle vorhanden ist. Neben dem Hauptchromosom, das einige tausend Gene enthält, ist die genetische Information in Bakterien auch in einigen zirkulären "Mini-Chromosomen", den sogenannten Plasmiden, vorhanden. Plasmide variieren in der Größe von denen mit nur drei Genen bis zu denen mit mehreren hundert Genen. Bakterienzellen können null bis mehrere verschiedene Plasmide beherbergen.

Ein Plasmid ist ein Replikon (Einheit der DNA, die zur unabhängigen Replikation befähigt ist), die in einem extrachromosomalen Zustand stabil vererbt wird. Meistens sterben Plasmide überflüssig, da sie für das Überleben von Bakterienzellen nur unter bestimmten Umweltbedingungen unerlässlich sind. Einige können in das Bakterienchromosom integriert werden; Sie werden Episomen genannt.

Jedes Plasmid wird in der Bakterienzelle hauptsächlich aufgrund seines Replikationskontrollsystems als charakteristische Kopienzahl gehalten. In dieser Hinsicht sind die Plasmide von den folgenden zwei Typen:

(a) Einzelkopie-Plasmide:

Sie werden in einer Kopie pro Zelle aufbewahrt und ihre Replikationskontrolle ist dieselbe wie die der bakteriellen Wirtszelle.

(b) Mehrfachkopien-Plasmide:

Sie existieren in mehreren, jedoch in einer charakteristischen Anzahl von Kopien pro Zelle. Ihre Replikationskontrolle erlaubt mehr als eine Replikation, während sich das Wirtszellchromosom einmal repliziert.

Es gibt verschiedene Arten von Bakterienplasmiden, von denen die folgenden drei ausführlich untersucht wurden:

ein. F-Plasmide:

Sie tragen Gene für die Entwicklung von F pili und sind für die Konjugation verantwortlich.

b. R-Plasmide:

Sie tragen Gene für die Resistenz gegen Antibiotika oder andere antibakterielle Wirkstoffe.

c. Col Plasmide:

Sie kodieren für Colicine, Proteine, die empfindliche E. coli-Zellen abtöten.

Plasmide können entweder konjugativ oder nichtkonjugativ sein;

(a) Konjugative oder übertragbare Plasmide vermitteln den Transfer von DNA durch Konjugation. zB alle F-Plasmide, viele R-Plasmide und einige Col-Plasmide.

(b) Nicht-konjugative oder nicht übertragbare Plasmide bewirken keinen DNA-Transfer durch Konjugation; zB viele R- und Col-Plasmide.

Einzigartige und sich wiederholende DNAs:

Die DNA von Eukaryonten unterscheidet sich aufgrund der Anzahl der in einem Genom gefundenen Kopien der DNA-Sequenzen von zwei verschiedenen Typen: (1) Unique DNA und (2) Repetitive DNA.

1. Einzigartige DNA besteht aus den Sequenzen, die in einer einzigen Kopie pro Genom vorliegen. Sie reichen von nur 8% der gesamten genomischen DNA in Roggen bis etwa 70% beim Menschen. Die einzigartige DNA enthält die meisten genetischen Informationen in Form von Strukturgenen, die direkt oder indirekt phänotypische Merkmale kontrollieren.

2. Repetitive DNA. Es besteht aus DNA-Nukleotid- oder Basensequenzen, die wenige bis mehrere hundert Basenpaare (bp) lang sind und in mehreren bis zu einer Million Kopien pro Genom vorliegen. Der Anteil der repetitiven DNA im Genom variiert von einer Spezies zur anderen; Roggen hat zu 90% repetitive DNA, während es im menschlichen Genom etwa 30% des Genoms ausmacht. Repetitive DNA-Sequenzen werden hauptsächlich aufgrund der Anzahl der pro Genom vorhandenen Kopien in die folgenden zwei Klassen eingeteilt.

(a) Hoch repetitive DNA:

Diese Sequenzen sind in mehr als 10 bis zu mehreren Millionen Kopien pro Genom vorhanden. Es kann bis zu 10% des Genoms ausmachen und besteht im Allgemeinen aus sehr kurzen Nukleotidsequenzen. Die am stärksten repetitiven DNAs in Eukaryonten werden auch als Satelliten-DNAs bezeichnet, da sie häufig durch Gleichgewichtszentrifugation in Cäsiumchlorid von der Masse der DNA abgetrennt werden können.

Die Menge an Satelliten-DNA beträgt im Allgemeinen 75% der gesamten DNA, und es wurde gezeigt, dass die heterochromatischen Regionen in der Nähe der Zentromere diese DNA in einer Vielzahl von Organismen enthalten. Die Sat-DNA besteht aus kurzen Sequenzen, die sich tandemartig wiederholen. Einige der wahrscheinlichen Funktionen solcher DNAs sind die Teilnahme an der Chromosomenorganisation. Beteiligung an der Chromosomenpaarung während der Meiose, Beteiligung an der Rekombination und Schutz wichtiger Gene wie Histone, Ribosmal-RNA, ribosomale Proteine ​​usw.

(b) mäßig repetitive DNA:

Diese Sequenzen sind in zwei bis weniger als 10 Kopien pro Genom vorhanden und machen im Allgemeinen 20 bis 80% des Genoms aus. Zum Beispiel; Beim Menschen beträgt die mäßig repetitive DNA-Fraktion etwa 13% des Genoms. In einem großen Teil mäßig repetitiver DNA sind die Kopien von Sequenzen nicht alle identisch, sondern sie umfassen eine Familie eng verwandter Sequenzen.

Die mäßig repetitive Fraktion besteht aus einer variablen Anzahl solcher Familien; Dazu gehören Gene für Histone, ribosomale RNA und ribsomale Proteine ​​sowie verschiedene Arten von transponierbaren Elementen. Diese Klasse repetitiver DNA ist in variablen Intervallen im gesamten Genom verteilt.

Im menschlichen Genom sind durchschnittlich 300 bp mäßig repetitive DNA nach jeweils 800-1200 bp einmaliger DNA vorhanden. In Drosophila ist jedoch die Länge sowohl der einmaligen (durchschnittlich 13.000 bp) als auch der mäßig repetitiven DNA- (durchschnittlich 5.600 bp) Segmente um ein Vielfaches länger.